污水深度处理讲义

污水深度处理生物脱氮除磷、三级处理随着城市人口的集中和工农业的发展，水体的富营养化问题日益突出。目前中国的某些湖泊，如昆明滇池，江苏太湖，安徽巢湖等都已出现不同程度的富营养化现象。07年6月太湖蓝藻事件引起富营养化的营养元素有碳、磷、氮、钾、铁等，其中，氮和磷是引起藻类大量繁殖的主要因素。欲控制富营养化，必须限制氮、磷的排放。国外一些污水处理厂把氮、磷的排放标准分别设定为15mg／L和0．5mg／L。我国《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002规定如下第一节、氮的去除废水中的氮以有机氮（有机化合物中所含有的氮元素。包括所有脂肪烃和芳香烃的硝基、亚硝基、氨基、酰胺基、脒基与含氮有机物中的氮，如尿素（碳酰胺的俗称，又称脲，是碳酸的全酰胺，结构式为H2N—CO—NH2

）

、氨氮（NH3-N，指NH3和NH4+）、亚硝酸氮（NO2--N）和硝酸氮（NO3--N）四种形式存在。在生活污水中，主要含有有机氮和氨态氮，它们均来源于人们食物中的蛋白质。新鲜生活污水中有机氮约占总氮的60％，氨氮约占40％。当污水中的有机物被生物降解氧化时，其中的有机氮被转化为氨氮。经活性污泥法处理的污水有相当数量的氨氮排入水体，可导致水体富营养化。水体若为水源，将增加给水处理的难度和成本。因此二级处理的出水有时需进行脱氮处理。脱氮的方法有化学法和生物法两大类，现分别加以论述。一、物理化化学法除氮氮常用于去除除氨氮的方方法有吹脱脱法、折点点加氯法和和离子交换换法。它们们主要用于于工厂内部部的治理，，对于城市市污水处理理厂很少采采用。1、吹脱法废水的氨氮氮可以气态态吹脱。废废水中，NH3与NH4+以如下的平平衡状态共共存：NH3+H2O=NH4++OH-这一平衡受pH值的影响，pH为10.5～11.5时，因废水中中的氨呈饱和和状态而逸出出，所以吹脱脱法常需加石石灰。吹脱过程包括括将废水的pH值提高至10.5～11.5，然后曝气，，这一过程在在吹脱塔中进进行（图）.该过程受温度度的影响较大大，随温度的的降低，为达达到同样处理理效果所需的的空气量迅速速增加，由于于用石灰调pH值，在吹脱塔塔中会发生碳碳酸钙结垢现现象，影响运运行。另外，，NH3气的释放会造造成空气污染染。因此，对对该工艺已有有多种改进，，例如使吹脱脱塔的气体通通过H2SO4溶液以吸收NH3。2、折点加氯法法在净水水工程程中，，称氯氯胺为为化合合余氮氮，次次氯酸酸为余余氯，，均有有杀菌菌作用用。（（图）途中中A、B二个折折点A点前余余氯基基本上上是氯氯胺，，B点称折折点，，折点点后余余氯基基本上上是自自由氯氯（游游离氯氯）,加氯脱脱氮时时采用用的加加氯量量应以以折点点相应应的加加氯量量为准准。此法法最最大大的的优优点点是是通通过过适适当当的的控控制制，，可可完完全全去去除除水水中中的的氨氨氮氮。。为为了了减减少少氯氯的的投投加加量量，，此此法法常常与与生生物物硝硝化化联联用用，，先先硝硝化化再再除除微微量量的的残残留留氨氨氮氮。。3、离离子子交交换换法法用用离离子子交交换换法法去去除除氨氨氮氮时时，，常常用用天天然然的的离离子子交交换换剂剂，，如如沸沸石石等等。。与与合合成成树树脂脂相相比比，，天天然然离离子子交交换换剂剂价价格格便便宜宜且且可可用用石石灰灰再再生生。。采采用用合合成成树树脂脂，，预预处处理理工工序序和和再再生生系系统统均均较较复复杂杂，，且且树树脂脂寿寿命命短短，，应应用用上上受受到到一一定定的的限限制制，，在在此此不不作作详详述述。。二、生物物法脱氮氮1、生物脱脱氮机理理生物脱氮氮是在微微生物的的作用下下，将有有机氮和和氨态氮氮转化为为N2和N2O气体的过过程。其其中包括括硝化和和反硝化化两个反反应过程程。硝化反应应是在好好氧条件件下，将将NH4+转化为NO2-和NO3-的过程。。此作用用是由亚硝酸菌菌和硝酸酸菌两种菌共共同完成成的。这这两种菌菌属于化化能自养养型微生生物。其其反应如如下：NH4++2O2=NO3-+2H++H2O硝化细菌菌是化能能自养菌菌（微生物物的主要要食物是是各种含含碳的物物质，它它们身体体主要是是用碳元元素构成成的，其其含量占占微生物物休细胞胞干物质质质量的的一半。。不同的的微生物物对碳物物质的需需求不一一样。有有的微生生物必必须依赖赖于植物物，先把把各种简简单的无无机物转转变成有有机碳的的化合物物之后才才能利用用。这种种专靠吃吃现成的的有机物物的微生生物称为为异养菌菌。虽然然异养菌菌都吃有有机物，，但口味味也各各有所好好。有的的专拣麦麦芽糖、、葡萄糖糖吃，有有的还可可心吃蛋蛋白质、、有机酸酸。也有有的对其其他生物物所厌恶恶的石油油却吃得得津津有有味。还还有许多多霉菌专专吃动物物或植物物的尸体体。有的的微生物物并不吃吃现成的的有机物物，而是是靠吃二二氧化碳碳过日子子，这类类菌叫自自养菌。。它们能能把简单单的二氧氧化碳和和无机物物合成复复杂的有有机物。。有有的自自养菌菌菌体中含含有一种种光合色色素，能能在无氧氧气时把把二氧化化碳进行行光合作作用供自自己来生生长繁殖殖。不过过，它们们的光合合作用与与绿色植植物不同同。这些些微生物物吸收二二氧化化碳，但但并不像像植物那那样放出出氧气。。由于它它们生活活中需要要光能，，所以又又叫做光光能自养养菌。根根据化石石资料发发现光能能自养菌菌大约在在２０亿亿年前就就生存在在地球上上了。另另一类类自养菌菌在有氧氧气时把把一定的的无机物物氧化，，从而获获得能量量来利用用二氧化化碳。它它们叫做做化能自自养菌。。）），生长率低低，对环环境条件件变化较较为敏感感。温度度，溶解解氧，污污泥龄，，pH，有机负负荷等都都会对它它产生影影响。硝化反应应的适宜宜温度为为20℃～30℃。低于15℃时，反应应速度迅迅速下降降，5℃时反应几几乎完全全停止。。由于硝化化菌是自自养菌，，若水中中BOD5值过高，，将有助助于异氧氧菌的迅迅速增殖殖，微生生物中的的硝化菌菌的比例例下降。。硝化菌的的生长世世代周期期较长，，为了保保证硝化化作用的的进行，，泥龄应应取大于于硝化菌菌最小世世代时间间两倍以以上。硝化反应应对溶解解氧有较较高的要要求，处处理系统统中的溶溶解氧量量最好保保持在2mg/L以上。另另外，在在硝化反反应过程程中，有有H+释放出来来，使pH值下降。。硝化菌菌受pH值的影响响很敏感感，为了了保持适适宜的pH值7—8，应在废废水中保保持足够够的碱度度，以调调节pH值的变变化。。1g氨态氮氮(以N计)完全硝硝化，，需碱碱度(以CaCO3计)7.1g。反硝化化反应应是指指在无无氧条条件下下，反硝化化菌将硝酸酸盐氮氮(NO3-)和亚硝硝酸盐盐氮NO2-)还原为为氮气气的过过程。。反应应如下下：6NO3-+5CH3OH=5CO2+3N2+7H2O+6OH-反硝化菌属属异养型兼兼性厌氧菌菌，在有氧氧存在时，，它会以O2为电子受体体进行好氧氧呼吸；在在无氧而有有NO3-或NO2-存在时，则则以NO3-或NO2-为电子受体体，以有机机碳为电子子供体和营营养源进行行反硝化反反应。在反硝化菌菌代谢活动动的同时，，伴随着反反硝化菌的的生长繁殖殖，即菌体体合成过程程.在反硝化反反应中，最最大的问题题就是污水水中可用于于反硝化的的有机碳的的多少及其其可生化程程度。当污污水中BOD5／TKN>3～5时，可认为为碳源充足足。不同的的有机碳将将导致反硝硝化速率的的不同。碳碳源按其来来源可分为为三类：注：TKN（凯氏氮））包括了氨氨氮和在一一定条件下下能转化为为铵盐的有有机氮化合合物。主要要是蛋白质质等氮为负负三价的有有机氮，不不包括叠氮氮化合物、、硝氮、亚亚硝氮等。。TN（总氮）测定定的是水中的的亚硝酸盐氮氮、硝酸盐氮氮、无机盐氮氮、溶解态氮氮及大部分有有机含氮化合合物中的氮的的总和。①外加碳源，，多采用甲醇醇，因为甲醇醇被分解后的的产物为CO2，H2O，不产生其它它难降解的中中间产物，但但其费用较高高；②原水中含有有的有机碳；；③内源呼吸碳碳源——细菌体内的原原生物质及其其贮存的有机机物。反硝化反应的的适宜pH值为6．5～7．5。pH值高于8或低于6时，反硝化速速率将迅速下下降。反硝化反应的的温度范围较较宽，在5℃～40℃范围内都可以以进行。但温温度低于15℃时，反硝化速速率明显下降降。2、生物脱氮工工艺生物脱氮技术术的开发是在在30年代发现生物物滤床中的硝硝化、反硝化化反应开始的的。但其应用用还是在1969年美国的Barth提出三段生物物脱氮工艺后后。现对几种种典型的生物物脱氮工艺进进行讨论。①三段生物脱氮氮工艺（图）。该工艺是将有有机物氧化，，硝化及反硝硝化段独立开开来，每一部部分都有其自自己的沉淀池池和各自独立立的污泥回流流系统。使除除碳，硝化和和反硝化在各各自的反应器器中进行，并并分别控制在在适宜的条件件下运行，处处理效率高。。传统活性污泥泥法脱氮工艺艺（三级活性性污泥流程））由于反硝化段段设置在有机机物氧化和硝硝化段之后，，主要靠内源源呼吸碳源进进行反硝化，，效率很低，，所以必须在在反硝化段投投加外加碳源源来保证高效效稳定的反硝硝化反应。随着对硝化反反应机理认识识的加深，将将有机物氧化化和硝化合并并成一个系统统以简化工艺艺，从而形成成二段生物脱脱氮工艺成为为现实。各段段同样有其自自己的沉淀及及污泥回流系系统。除碳和和硝化作用在在一个反应器器中进行时，，设计的污泥泥负荷率要低低，水力停留留时间和泥龄龄要长，否则则，硝化作用用要降低。在在反硝化段仍仍需要外加碳碳源来维持反反硝化的顺利利进行。两级生物脱氮氮工艺②巴登福（Bardenpho）生物脱氮工工艺（图）。该工艺取消了了三段脱氮工工艺的中间沉沉淀池。该工工艺设立了两两个缺氧段，，第一段利用用原水中的有有机物为碳源源和第一好氧氧池中回流的的含有硝态氮氮的混合液进进行反硝化反反应。经第一一段处理，脱脱氮已基本完完成。为进一一步提高脱氮氮效率，废水水进入第二段段反硝化反应应器，利用内内源呼吸碳源源进行反硝化化。最后的曝曝气池用于吹吹脱废水中的的氮气，提高高污泥的沉降降性能，防止止在二沉池发发生污泥上浮浮现象。这一一工艺比三段段脱氮工艺减减少了投资和和运行费用。。巴颠甫脱氮除除磷工艺③缺氧-好氧生物脱氮氮工艺（Anoxic/Oxic简称A/O法）。该工艺于80年代初开发。。该工艺将反反硝化段设置置在系统的前前面，因此又又称为前置式式反硝化生物物脱氮系统，，是目前较为为广泛采用的的一种脱氮工工艺。反硝化化反应以污水水中的有机物物为碳源，曝曝气池中含有有大量硝酸盐盐的回流混合合液，在缺氧氧池中进行反反硝化脱氮。。在反硝化反反应中产生的的碱度可补偿偿硝化反应中中所消耗的碱碱度的50％左右。该工工艺流程简单单，无需外加加碳源，因而而基建费用及及运行费用较较低，脱氮效效率一般在70％左左右右；；但但由由于于出出水水中中含含有有一一定定浓浓度度的的硝硝酸酸盐盐，，在在二二沉沉池池中中，，有有可可能能进进行行反反硝硝化化反反应应，，造造成成污污泥泥上上浮浮，，影影响响出出水水水水质质。。合建建式式缺缺氧氧—好氧氧活活性性污污泥泥法法脱脱氮氮工工艺艺随着着生生物物脱脱氮氮技技术术的的发发展展，，新新的的工工艺艺不不断断被被开开发发出出来来，，如如氧氧化化沟沟、、序序批批式式活活性性污污泥泥法法等等，，可可在在同同一一池池中中通通过过控控制制运运行行条条件件，，在在不不同同时时段段，，形形成成缺缺氧氧和和好好氧氧的的条条件件，，从从而而达达到到除除碳碳和和脱脱氮氮的的目目的的。。另另外外，，人人们们又又开开发发了了与与除除磷磷相相结结合合的的脱脱氮氮工工艺艺，，该该内内容容将将在在本本节节后后面面加加以以讨讨论论。。第二二节节、、磷磷的的去去除除城市市污污水水中中的的磷磷主主要要有有三三个个来来源源：：粪粪便便、、洗洗涤涤剂剂和和某某些些工工业业废废水水。。污污水水中中的的磷磷以以正正磷磷酸酸盐盐（（阴离离子子只只有有PO43-的盐盐类类如如Na3PO4）、、聚聚磷磷酸酸盐盐（（分子子含含有有3个以以上上的的磷磷原原子子的的缩缩聚聚磷磷酸酸盐盐统统称称为为多多聚聚磷磷酸酸盐盐如如由由NaH2PO4脱水水形形成成聚聚磷磷酸酸盐盐Na200H2P200O601）和有机机磷（是含磷的的有机化化合物,也有的含含有硫和和氮等元元素.其化学结结构中一一般含有有C—P键或C—O——P键,C—N—P键,C—S—P键等,大部分是是磷酸酯酯类成酰酰胺类化化合物）等形式式溶解于于水中。。一般仅仅能通过过物理、、化学或或生物方方法使溶溶解的磷磷化合物物转化为为固体形形态后予予以分离离。除磷磷的方法法主要分分为物理理法，化化学法及及生物法法三大类类。物理理法因成成本过高高、技术术复杂而而很少应应用。下面主要要介绍化化学法及及生物法法。一、化学学法除磷磷化学法是是最早采采用的一一种除磷磷方法。。它是以以磷酸盐盐能和某某些化学学物质如如铝盐、、铁盐、、石灰等等反应生生成不溶溶的沉淀淀物为基基础进行行的。化学法的的特点是是磷的去去除率较较高，处处理结果果稳定，，污泥在在处理和和处置过过程中不不会因重重新释放放磷而造造成二次次污染，，但污泥泥的产量量比较大大。1、铝盐除除磷一般用Al2(SO4)3，聚氯化化铝（PAC）和铝酸酸钠（NaAlO2）2、铁盐除除磷：FePO4Fe(OH)3一般用FeCl2、FeSO4或FeCl3Fe2(SO4)33、石灰混混凝除磷磷向含磷的的废水中中投加石石灰，由由于形成成OH，污水的的pH值上升，，磷与Ca2+反应，生生成羟磷磷灰石。。二、生物物法除磷磷生物法除除磷是新新工艺，，近二十十年来受受到了广广泛的重重视和研研究。它是利用用微生物物在好氧氧条件下下对污水水中溶解解性磷酸酸盐的过过量吸收收作用，，然后沉沉淀分离离而除磷磷。含有有过量磷磷的污泥泥少部分分以剩余余污泥的的形式排排出系统统，大部部分和污污水一起起进入厌厌氧状态态，此时时污水中中的有机机物在厌厌氧发酵酵产酸菌菌的作用用下转化化为乙酸酸苷；而而活性污污泥中的的聚磷菌菌在厌氧氧的不利利状态下下，将体体内积聚聚的聚磷磷分解，，分解产产生的能能量部分分供聚磷磷菌生存存。另一一部分能能量供聚聚磷菌主主动吸收收乙酸苷苷转化为为PHB（Polyβhydroxybutyrate聚-β-羟基丁酸酸）的形态态储藏于于体内。。聚磷分分解形成成的无机机磷释放放回污水水中，这这就是厌厌氧放磷磷。进入好氧氧状态后后，聚磷磷菌将储储存于体体内的PHB进行好氧氧分解并并释出大大量能量量供聚磷磷菌增殖殖，部分分供其主主动过量量吸收污污水中的的磷酸盐盐，以聚聚磷的形形式积聚聚于体内内，这就就是好氧氧吸磷。。由于活活性污泥泥在运行行中不断断增殖，，为了系系统的稳稳定运行行，必须须从系统统中排除除和增殖殖量相当当的活性性污泥，，也就是是剩余污污泥。剩剩余污泥泥中包含含过量吸吸收磷的的聚磷菌菌，也就就是从污污水中去去除的含含磷物质质。这就就是厌氧氧和好氧氧交替的的生物处处理系统统除磷的的本质。。从以上上论述述可知知，在在厌氧氧状态态下放放磷愈愈多，，合成成的PHB愈多，，则在在好氧氧状态态下合合成的的聚磷磷量愈愈多，，除磷磷的效效果也也就愈愈好。。合成成PHB的量和和碳源源的性性质密密切相相关，，乙酸酸等低低级脂脂肪酸酸易被被聚磷磷菌吸吸收转转化为为PHB，因而而在厌厌氧区区加入入消化化池上上清液液可提提高放放磷速速率。。硝酸盐盐对厌厌氧放放磷不不利，，它有有助于于反硝硝化菌菌的增增长，，从而而和聚聚磷菌菌争夺夺碳源源，抑抑制其其生长长和放放磷。。温度度对放放磷也也有重重要的的影响响。当当温度度从10℃℃上升到到30℃℃时，放放磷速速率可可提高高5倍。生物除除磷的的基本本类型型有二二种：：A／O（Anaerobic/Oxic）法（（图）和Phostrip（弗斯特特利普普）工艺（（图）。1、A／O法是由由厌氧氧池和和好氧氧池组组成的的同时时去除除污水水中有有机污污染物物及磷磷的处处理系系统.为了使使微生生物在在好氧氧池中中易于于吸收收磷，，溶解解氧应应维持持在2mg／L以上，，pH值应控控制在在7—8之间。。磷的的去除除率还还取决决于进进水中中的BOD5与磷浓浓度之之比（（大于于10：1较好））。。2、弗斯特利普普（Phostrip）工艺该工艺主流流是常规的的活性污泥泥工艺，而而在回流污污泥过程中中增设厌氧氧放磷池和和上清液的的化学沉淀淀池，称为为旁路。约约0．1～0．2qv的回流污泥泥经厌氧放放磷后再和和进水一起起进入曝气气池吸收磷磷。因而该该法是一种种生物法和和化学法协协同的除磷磷方法。该该工艺操作作稳定性好好，出流中中磷含量可可小于1．5mg／L。弗斯特利普普除磷工艺艺流程第三节、生生物脱氮除除磷为了达到在在一个处理理系统中同同时去除氮氮、磷的目目的，近年年来，各种种脱氮除磷磷工艺应运运而生。主主要是A2／O工艺（Anaerobic-Anoxic-Oxic）（图），改进进的Bardenpho工艺（图）、UCT工艺（图）和SBR工艺（图）。1、A2／O工艺在原来A／O工艺的基基础上，，嵌入一一个缺氧氧池，并并将好氧氧池中的的混合液液回流到到缺氧池池中，达达到反硝硝化脱氮氮的目的的，这样样厌氧一一缺氧一一好氧相相串联的的系统能能同时除除磷脱氮氮。简称称A2/O工艺。该处理系系统出水水中磷浓浓度基本本可在1mg/L以下，氨氨氮也可可在15mg/L．以下。。由于污污泥交替替进入厌厌氧和好好氧池，，丝状菌菌较少，，污泥的的沉降性性能很好好。2、改进的的Bardenpho工艺改进的Bardenpho工艺由四四池串联联，即缺缺氧一好好氧一缺缺氧池一一好氧池池。类似似二级A/O工艺串联联。第二二级A/O的缺氧池池基本上上利用内内源碳源源进行脱脱氮，最最后的曝曝气池可可以吹脱脱氨氮，，提高污污泥的沉沉降性能能。为了提高高除磷的的稳定性性，在Bardenpho工艺流程程之前增增设一个个厌氧池池，以提提高污泥泥的磷释释放效率率。只要要脱氮效效果好，，那么通通过污泥泥进入厌厌氧池的的硝酸盐盐是很少少的，不不会影响响污泥的的放磷效效果，从从而使整整个系统统达到较较好的脱脱氮除磷磷效果。。3、UCT工艺在改进的的Bardenpho工艺中，，由于二二沉池回回流污泥泥中很难难避免有有一些硝硝酸盐回回流到流流程前端端的厌氧氧池，从从而影响响除磷效效果；为为此，UCT工艺将二二沉池的的回流污污泥回流流到缺氧氧池，污污泥中携携带的硝硝酸盐在在缺氧池池中反硝硝化脱氮氮。同时时为弥补补厌氧池池中污泥泥的流失失，增设设缺氧池池至厌氧氧池的污污泥回流流。这样样厌氧池池可免受受硝酸盐盐的干扰扰。4．SBR工艺SBR工艺是将将除磷脱脱氮的各各种反应应，通过过时间顺顺序上的的控制，，在同一一反应器器中完成成。如进进水后进进行一定定时间的的缺氧搅搅拌，好好氧菌将将利用进进水中携携带的有有机物和和溶解氧氧进行好好氧分解解，此时时水中的的溶解氧氧将迅速速降低甚甚至达到到零，这这时厌氧氧发酵菌菌进行厌厌氧发酵酵，反硝硝化菌进进行脱氮氮；然后后停止搅搅拌一段段时间，，使污泥泥处于厌厌氧状态态，聚磷磷菌放磷磷；接着着进行曝曝气，硝硝化菌进进行硝化化反应，，聚磷菌菌吸磷，，经一定定反应时时间后，，停止曝曝气，进进行静止止沉淀，，当污泥泥沉淀下下来后，，撇出上上部清水水而后再再放人原原水，如如此周而而复始。。研究表表明，SBR工艺可取取得很好好的脱氮氮除磷效效果。自自动控制制系统的的完善，，为SBR的应用提提供了物物质基础础。SBR是间歇运运行的，，为了连连续进水水，至少少需设置置二套SBR设施，进进行切换换。第四节、、脱氮除除磷活性性污泥法法的影响响因素影响传统统活性污污泥法的的因素同同样影响响生物脱脱氮除磷磷活性污污泥法，，但影响响的程度度则可能能有差异异，因为为主体微微生物的的生理特特性和环环境要求求有差异异。影响因素素主要有有三类：：①环境境因素，，如温度度、pH、溶解氧氧；②工工艺因素素，如泥泥龄、各各反应区区的水力力停留时时间；③③污水成成分，如如BOD5与N、P的比值。。生命活动动一般都都受温度度影响，